Молекулярният водород е най-малката молекула, която можем да открием в природата. Ефективността му е открита едва преди около десетилетие чрез научни изследвания.
Водородът има многобройни ползи и това се дължи на неговите антиоксидантни, противовъзпалителни, антиапоптотични, антиалергични и цитопротективни свойства. Вероятно се чудите как тази малка молекула притежава всички тези свойства. Учените продължават да откриват нови приложения на водорода с всеки изминал ден. Всеки ден има нови резултати от изследвания и можете да откриете стотици проучвания, които са проведени върху лечението с водород, предимно при изследвания върху животни, но все по-често и при изследвания върху хора.
В тази статия ще говорим за цитопротективния ефект на водорода.
Клетката е най-малкият градивен елемент на живия организъм. Ако клетките не функционират правилно, това може да доведе до сериозни заболявания. Клетките могат да бъдат увредени по различни причини, включително травми, оксидативен стрес, химикали, изгаряния, микроорганизми, радиация и други.
Какво представлява цитопротекцията?
Цитопротекцията е процес, при който клетките се предпазват от вредни вещества или стимули. Този процес е описан предимно в стомашната лигавица. Образуването на стомашни язви може да бъде предотвратено чрез използването на цитопротектор за стомаха, като например простагландин. По подобен начин водородът може да действа като агент, който предпазва клетките от вредни стимули.
Как водородът действа като цитопротектор?
Водородът, за разлика от повечето други вещества, може да действа на клетъчно ниво и затова се счита за уникален. Той дори може да премине през кръвно-мозъчната бариера, която отделя мозъка от кръвния поток. Той може да навлезе дори в субклетъчните организми, като например митохондриите. След като водородът достигне тези идеални места, той може да упражни своите антиоксидантни, цитопротективни и антиапоптотични свойства.
Предполага се, че водородът може да индуцира сигнални механизми, които водят до образуването на цитопротективни фактори. Според Itoh et al. 2011 г. водородът действа като сигнален модулатор и оказва влияние върху сигналната трансдукция. Те предлагат, че водородът може да инхибира индуцираното от LPS/IFNγ производство на азотен оксид в макрофагите, което от своя страна води до намаляване на възпалителните реакции, които в крайна сметка защитават клетките. Въпреки че пълният механизъм все още не е изяснен, има и други изследвания, които предполагат възможни механизми. Според друго проучване водородът повишава нивата на антиоксидантните ензими като супероксиддисмутаза и каталаза, като по този начин осигурява цитопротективния ефект.
Друг предложен механизъм за водорода като цитопротективно вещество е предотвратяването на действието на каспазата, която участва в клетъчната смърт, както е описано в статията за антиапоптотичните свойства на водорода.
Предложено е също така, че молекулярният водород се свързва с метални йони и влияе върху предаването на сигнали чрез взаимодействие с металопротеини.
Кои са случаите на цитопротективно действие на водорода?
Тъй като водородът не е токсичен за организма дори в по-високи концентрации, може да се счита, че употребата му е съвсем безопасна. Тъй като водородът може бързо да дифундира през мембраните и упражнява своите ефекти с допълнителното предимство на осъществимост и относително ниска цена, той може да се използва при лечението на различни заболявания.
Цитопротективният ефект на молекулярния водород е публикуван за първи път от Ohsawa et al. през 2007 г. Това изследване е първото по рода си. Те са изследвали антиоксидантния ефект при модел на плъх, при който е предизвикано увреждане от оксидативен стрес в мозъка чрез фокална исхемия и реперфузия, и при култивирани клетки, използвайки три независими метода. След инсулт, когато запушването на съда се отстрани (реперфузия), клетките могат да бъдат увредени от внезапно освобождаване на оксидативни вещества, това е така нареченото реперфузионно увреждане. Тук е доказано, че водородът има потенциал като антиоксидант за превантивни и терапевтични приложения. Това изследване проправи пътя за много други изследвания, проучващи стратегиите за използване на водорода за предотвратяване на увреждането на клетките след исхемия.
Молекулярният водород също така е в състояние да предпази чернодробните клетки от увреждане, причинено от обструктивна жълтеница. При модел на плъхове е предизвикана обструктивна жълтеница. След 10 дни увреждането на черния дроб е оценено микроскопски и са проследени нивата на чернодробните ензими (ASAT и ALAT) и нивата на възпалителните медиатори (IL-1, IL-6, TNFa и други). Богатият на водород физиологичен разтвор намали нивата на тези маркери и облекчи морфологичното увреждане на черния дроб. Освен това той значително повиши активността на антиоксидантните ензими. Той потиска възпалението, оксидативния стрес и също така модулира т.нар. път ERK1/2, като предпазва клетките от увреждане.
При чернодробната трансплантация увреждането от исхемия и реперфузия е от решаващо значение за преживяемостта на трансплантата. Това води до образуване на цитотоксични свободни кислородни радикали. Тяхното действие може да бъде неутрализирано от антиоксидантните свойства на водорода. Той предпазва клетките от реперфузионни увреждания. Това е установено при проучване със свине.
Улцерозният колит е заболяване, при което се образуват язви в чревната лигавица поради генетично предразположение. То е свързано с повишено производство на реактивни кислородни видове и променена ангиогенеза. Прилагането на водород чрез интраперитонеално инжектиране веднъж на всеки 2 дни в продължение на 2 седмици при модел на плъхове е в състояние да намали язвите, като предотвратява увреждането на клетките на лигавицата чрез цитопротективните си ефекти. Лечението с физиологичен разтвор, съдържащ водород, също така намалява симптомите като загуба на тегло и диария.
Според няколко проучвания вдишването на водород също така предпазва нервните клетки. Тъй като водородът може лесно да премине през кръвно-мозъчната бариера, той може да достигне до невроните и да подобри неврологичните резултати при заболяване. Пиенето на богата на водород вода е успяло да потисне оксидативния стрес за допинергичните неврони при болестта на Паркинсон в модел на мишка. Установено е също, че водородът предотвратява когнитивните увреждания.
Неотдавна беше започнато пилотно клинично изпитване за изследване на въздействието на водородната вода върху прогресията на болестта на Паркинсон при японски пациенти. Проучването е рандомизирано, плацебо-контролирано, двойно сляпо проучване с паралелни групи. Участниците са пили по един литър дневно водородна вода или плацебо в продължение на 48 седмици. Изследването на оценките по унифицираната скала за оценка на болестта на Паркинсон показва, че заболяването се е влошило в групата без употреба на водородна вода, докато оценките са се подобрили в групата с водородна вода. Въпреки че броят на двете групи е бил малък и продължителността на изследването е била кратка, разликата между групата с водородна вода и групата с плацебо е била значителна (р < 0,05).
Когато богатият на водород физиологичен разтвор е даден след сърдечен арест в началото на хипероксичната кардиопулмонална реанимация, той значително подобрява резултатите за мозъка и сърцето при модел на плъх, като предпазва клетките от по-нататъшно увреждане.
Някои пациенти трябва да бъдат изкуствено вентилирани за дълъг период от време поради кома и увреждане. Тези хора могат да развият белодробни увреждания, наречени остри вентилаторно-индуцирани белодробни увреждания. Прилагането на водороден газ при модел на мишка намалява честотата на това увреждане чрез модулиране на сигналния път на ядрения фактор калпа В (NFκB). Ранното активиране на този път по време на лечението с водород е свързано с повишени нива на антиапоптотични протеини. Вдишването на водород повишава кислородното напрежение, намалява белодробния оток и намалява експресията на провъзпалителни медиатори. Беше доказан цитопротективният ефект на водорода срещу апоптотичните и възпалителните сигнални пътища.
Водородът като газ в концентрация 3 % също така удължава живота на репликация in vitro на стромални клетки от костен мозък и мезенхимни стволови клетки. Това е важно, тъй като стволовите клетки се използват в регенеративната медицина за лечение на много заболявания. Първоначално цитопротективният ефект на водорода се приписваше на антиоксидантно действие. Установено е обаче, че използваната от тях концентрация от 3 % не намалява хидроксилните радикали, въпреки че е ефективна за защита на клетките. Поради това те предположиха, че за защитата на клетките трябва да действа допълнителен механизъм.
Поради тези невероятни ефекти на водорода той се използва като ново терапевтично средство при лечение на сърдечносъдови, метаболитни, дихателни, неврологични и ракови заболявания. В бъдеще в спешната медицина ще се прилага едновременно не само кислород, но и водород (газ на Браун).
References
Liu, Q., et al, Hydrogen-rich saline protects against liver injury in rats with obstructive jaundice (Богатият на водород физиологичен разтвор предпазва от чернодробно увреждане при плъхове с обструктивна жълтеница). Liver International, 2010. 30(7): p. 958-968.
Matsuno, N., et al, Beneficial effects of hydrogen gas on porcine liver reperfusion injury with use of total vascular exclusion and active venous bypass. Transplant Proc, 2014. 46(4): p. 1104-6.
He, J., et al. (Engl.), Protective effects of hydrogen-rich saline on ulcerative colitis rat model (Защитни ефекти на богат на водород физиологичен разтвор върху модел на язвен колит при плъхове). Journal of Surgical Research, 2013(0).
Hayashida, K., et al, Hydrogen Inhalation During Normoxic Resuscitation Improves Neurological Outcome in a Rat Model of Cardiac Arrest, Independent of Targeted Temperature Management. Circulation, 2014
Cui, Y., et al, Hydrogen-rich saline attenuates neuronal ischemia-reperfusion injury by protecting mitochondrial function in rats. J Surg Res, 2014.
Ito, M., et al, Drinking hydrogen water and intermittent hydrogen gas exposure, but not lactulose or continuous hydrogen gas exposure, prevent 6-hydorxydopamine-induced Parkinson's disease in rats. Med Gas Res, 2012 г. 2(1): стр. 15.